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最先端CMOSセンサー

超高感度カメラの開発のために、キヤノンが一眼レフカメラで培った光学技術をもとに挑んだのが、CMOSセンサーの高精細化・高感度化です。

2018/12/27技術紹介

#ネットワークカメラ#産業機器#イメージング技術#機械工学#電気工学#情報工学#物理学#化学#半導体

[ 超高感度35mmフルサイズCMOSセンサー ]

月の明かりで鮮明なカラー撮影が可能なCMOSセンサー

監視や自然現象の観察などでは、暗闇の中での動画撮影のニーズが高まっています。キヤノンは、肉眼ではものの認識が困難なわずかな光源の環境下でも、ノイズの少ないフルHD動画によるカラー撮影ができる超高感度センサー開発に取り組んできました。

低照度下で鮮明な動画を撮影するには、CMOSセンサーの画素を大型化し、各画素の受光量を増やす方法が考えられます。キヤノンは、2013年に動画撮影専用の35mmフルサイズCMOSセンサーを開発し、カメラの試作機を発表しました。このCMOSセンサーの画素は一辺が19μm(μm=マイクロメートル、100万分の1メートル)と、キヤノンのデジタル一眼レフカメラの最上位機種「EOS-1D X MarkⅡ」などに搭載されるCMOSセンサーと比べると、7.5倍以上の面積を持つ、大きなもの。線香の光のみの暗い室内(0.05luxから0.01lux程度)で動画が撮影可能になり、石垣島に生息するヤエヤマヒメボタルの動画撮影(0.01lux以下の非常に低照度の環境)に成功しました。

さらに、2015年にセンサーの完成度を高め、ISO感度400万相当(最大ゲイン75dB時)、最低被写体照度0.0005lux以下でのカラー動画撮影が可能な超高感度多目的カメラ「ME20F-SH」を製品化しました。

2016年にはこの多目的カメラで、国内では希少な自然現象である「月虹(げっこう)」の動画を、月明かりのみで撮影することに成功しました。

暗闇でも被写体をとらえる多目的カメラは、人が近づくことが難しい場所での撮影を可能にします。防災・防犯での用途はもちろん、計測機器や産業機器、さらには野生動物の生態撮影などの映像制作分野への広がりも見込まれています。

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ME20F-SH

同環境下における映像の比較

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一般的な業務用ビデオカメラで撮影

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超高感度多目的カメラ「ME20F-SH」で撮影

[ 超高精細2.5億画素CMOSセンサー ]

18km先の飛行機の機体文字を識別できるCMOSセンサー

キヤノンは、1990年代にいち早くCMOSセンサーの研究開発をスタート。2010年には、人間の視細胞数に相当する1.2億画素を実現し、注目を集めました。2015年にはAPS-Hサイズにおいて世界最多画素となる約2.5億画素(19580×12600画素)のCMOSセンサーの開発に成功。この超多画素のCMOSセンサーは、フルHD(1920×1080画素)動画の約125倍、4K(3840×2160画素)動画の約30倍の超高精細な動画撮影が行えます。

多画素センサーの小さな画素寸法でも光を最大限に取り込む構造を開発することで感度の低下を抑制。画素数が増えて信号量が増加することから起こる信号遅延やタイミングのズレの問題も、回路の微細化や信号処理の高速化に取り組み、1秒間に12億5000万画素の超高速な信号読み出しを実現。毎秒5コマのスピードで超多画素の動画の撮影を可能にしました。
*2017年12月31日現在。キヤノン調べ

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約2.5億画素CMOSセンサー

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EF800mm望遠レンズと電子ズームを用いた試作機での撮影。撮影した映像を電子ズームし、さらに画像処理技術を活用。人間の眼では認識困難な約18km先を飛行する機体文字の識別が可能に。

グローバルシャッター方式CMOSセンサー

キヤノンは、産業や計測、映像制作分野向けに、「グローバルシャッター方式」のCMOSセンサーを開発しました。画素から1列ごとに情報を読み出す「ローリングシャッター方式」で起こる、高速な被写体の歪みの問題を、一度に情報を読み込むことで解決し、高感度化とノイズ低減を両立します。

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